11 Nov 2021 Caos Magnetico nella Galassia Vortice
Nuove osservazioni del Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) della NASA relative alla Galassia Vortice rivelano come i campi magnetici influenzino in modo fondamentale la struttura e l’evoluzione delle galassie. Sembra che i campi magnetici galattici siano sufficientemente potenti da regolare la formazione stellare e persino guidare il gas verso il buco nero supermassiccio centrale.
I campi magnetici cosmici sono notoriamente difficili da studiare, ma lo strumento High-resolution Airborne Wideband Camera-Plus (HAWC+) a bordo di SOFIA utilizza il lontano infrarosso per osservare i grani di polveri che si allineano perpendicolarmente alle linee di campo magnetico. Dai risultati ottenuti, gli astronomi possono dedurre forma e direzione dei campi magnetici, altrimenti invisibili. Abbiamo un’idea piuttosto chiara del modo in cui la gravità influisce sulle strutture galattiche, ma stiamo appena imparando a conoscere il ruolo svolto dai campi magnetici. In teoria, il campo magnetico di una galassia influenza la cinematica globale del gas, modificando la curva di rotazione e la distribuzione delle dense nubi gassose in grado di collassare per formare nuove stelle. Di conseguenza, il campo magnetico potrebbe indirettamente forzare le stelle a migrare in senso radiale nel disco galattico.
Per individuare un effetto di questo tipo, è necessario ricavare la struttura dei campi magnetici nelle fredde e dense nubi molecolari all’interno di una galassia. Tuttavia, le tradizionali osservazioni dei campi magnetici realizzate tramite radiotelescopi sono sensibili soltanto al gas interstellare diffuso che circonda le regioni di formazione stellare, in zone lontane da quelle in cui potrebbero aver luogo quegli effetti fondamentali del campo magnetico.
Ora, grazie alle osservazioni di SOFIA, gli scienziati sono stati in grado di ricavare la morfologia del campo magnetico nel gas molecolare delle regioni di formazione stellare presenti nella galassia Vortice (Messier 51). La camera HAWC+ ha permesso la mappatura dei campi magnetici in profondità, nelle nubi molecolari dense e fredde in cui nascono nuove stelle. Il team ha confrontato questi risultati con le mappature dei campi magnetici del gas diffuso, ricavate tramite osservazioni del Very Large Array in New Mexico e del radiotelescopio Effelsberg in Germania. Le linee di campo magnetico nella regione interna della Galassia Vortice mostrano una struttura a spirale regolare, ma nelle regioni periferiche e nelle vicinanze della galassia compagna Messier 51b, le linee di campo delle nubi molecolari si discostano da quelle del gas diffuso.
La struttura del campo magnetico ottenuta con dati nel lontano infrarosso mostra una forte distorsione e notevoli differenze nell’orientamento delle linee di campo rispetto a quanto dedotto dalle osservazioni radio. Questa discrepanza potrebbe essere connessa all’interazione gravitazionale con la galassia compagna Messier 51b, ma, sorprendentemente, l’effetto non si verifica nelle zone tra i bracci della Vortice, dove la densità del gas è molto inferiore e si formano ben poche stelle. Modelli precedenti sulla struttura globale e l’evoluzione delle galassie a spirale, realizzati senza tener conto dei campi magnetici, si basavano sull’ipotesi che gas molecolare e diffuso condividessero una struttura magnetica comune. Ma sembra che non sia così.
Il risultato più importante dello studio è la prova che, per comprendere la morfologia e l’evoluzione delle galassie, occorre tenere conto di un nuovo contributo: il campo magnetico su vasta scala delle dense nubi molecolari, dove nascono nuove stelle. Dal punto di vista morfologico, sappiamo che i bracci delle galassie vengano forgiati da onde di densità, ovvero oscillazioni che si propagano attraverso il disco, in modo simile al modo in cui le onde si propagano lungo una corda di violino o sulla superficie degli oceani. Il materiale si sposta lungo i bracci man mano che viene compresso dalla gravità e va a formare nuove stelle nel corso del processo. Allo stesso tempo, queste onde di densità potrebbero anche comprimere le linee di campo magnetico, allineando i campi turbolenti che si formano all’interno delle nubi molecolari.
In generale, i risultati delle osservazioni di SOFIA dimostrano che le linee di campo magnetico sono più turbolente e caotiche nelle regioni più dense dei dischi galattici ricchi di gas. I processi di evoluzione stellare, come supernove o venti stellari, provocano un aumento della turbolenza del gas nelle regioni di attiva formazione stellare, distorcendo le linee di campo magnetico. I dati, considerando le differenze individuate tra la struttura del campo nella fase densa o diffusa del gas, nonché le discrepanze osservate tra le zone all’interno e all’esterno dei bracci, suggeriscono inoltre che vi sia una stretta connessione tra interazione gravitazionale, formazione stellare, onde di densità e la conformazione generale dei campi magnetici galattici.
Nell’immagine le linee di campo magnetico rilevate da SOFIA sono sovrapposte a un’immagine della galassia Vortice ripresa dal telescopio Hubble. Per la prima volta, i dati di SOFIA dimostrano che i campi magnetici nei bracci esterni non seguono la forma a spirale della galassia, ma le linee di campo sono distorte. L’intensa attività di formazione stellare in queste regioni, visibile in rosso, potrebbe provocare il caos magnetico, insieme con le interazioni gravitazionali dovute alla presenza della galassia compagna
Credit NASA, the SOFIA science team, A. Borlaff; NASA, ESA, S. Beckwith (STScI) and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
https://www.sofia.usra.edu/publications/science-results-archive/magnetic-chaos-hidden-within-whirlpool-galaxy-1
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